Neutrino

O que é um neutrino?

Os neutrinos são partículas subatômicas pertencentes aos léptons, componentes da matéria, chamada ordinária, com os quarks e elétrons (ver quadro em anexo).
O neutrino tem uma massa assumido como sendo zero, mas nunca foi medida, no entanto, reconhece-se que não é zero.
O neutrino não é sensível para a interacção forte (força nuclear), por contras, é sensível à interacção fraca (Força nuclear fraca) é responsável pela desintegração do átomo, e talvez para a interacção electromagnética.
Centenas de bilhões de neutrinos passam por nosso corpo a cada segundo, até mesmo uma gigantesca parede de chumbo não pode parar os neutrinos, o que explica por que eles são muito difíceis de detectar. No entanto, ocasionalmente, um neutrino colide com a matéria, eles são os únicos que os cientistas esperam em seus detectores.
Os neutrinos são emitidos em abundância pelas estrelas durante o colapso de uma supernova.
Os neutrinos viagem quase à velocidade da luz e interagem muito fracamente com a matéria.
Há três sabores de neutrinos:
- O neutrino do elétron (νε), descoberto em 1956 por Frederick Reines (1918 − 1998) e Clyde Cowan (1919 − 1974), acompanha a emissão de um elétron. Ele é emitido durante o decaimento β⁻, ou seja, durante a transformação de um neutrão em um protão.
- O neutrino do múon (νμ) descoberto em 1962 em Brookhaven. É emitida durante a desintegração de um muão (elétron pesado).

- O neutrino tau (ντ) descoberto em 2000 no Fermilab, em Batavia, perto de Chicago. É emitida durante a desintegração de um tauon.
Somente o neutrino do elétron é estável, outros são instáveis e decaem muito rapidamente para chegar a uma partícula estável.
O decaimento radioativo é a transformação da matéria em energia, o número de núcleos radioativos diminui com o tempo, ele é governado por acaso e sua lei é estatística.
Os detectores de neutrinos estão normalmente localizados no subsolo ou no fundo do mar para evitar, tanto quanto possível, o som de fundo cósmico. No detector de cloro, um possível impacto de um neutrino converte um átomo de cloro num átomo de árgon. No detector de gálio, um neutrino pode converter um átomo de gálio num átomo de germânio.
O detector OPERA no Gran Sasso, na Itália, é usado para experiências de física de partículas projetadas para estudar o fenômeno de oscilação de neutrinos.

N.B.: dentro há um átomo há núcleos, ou seja, prótons e nêutrons, dentro do qual há quark. O núcleo está rodeado por uma nuvem de electrões. A natureza da matéria é muito mais complexa do que se pensava no século 20. Sabemos agora que o mundo das partículas é extremamente rico. Para compreender o infinitamente grande, o homem cria máquinas infernais (Tevatron, do LHC,...), mais e mais poderosas para "impedir" a materia, até aos confins do infinitamente pequeno.

Imagem : Quatro dessas partículas elementares seriam suficientes, em princípio, para construir o mundo que nos rodeia: o quarks up e down, o elétron eo neutrino do elétron. Os outros são instáveis e desintegram-se para alcançar esses quatro partículas. As fontes de neutrinos na natureza são a Terra, a atmosfera, o Sol, as supernovas, os reatores nucleares e os seres humanos através de poucos mg de potássio radioativo nele. Um ser humano emite ≈340 milhões de neutrinos por dia.

Neutrino e emissão beta

No mundo das partículas subatômicas que compõem a matéria, manipula-se as energias as mais pequena da natureza e comprimentos extremamente pequenos da ordem de 10⁻¹⁵ a 10⁻¹⁷ metros, bem abaixo do tamanho de um átomo que é 10⁻¹⁰ metros. Mas nós sabemos que um átomo é composto por 99,99% de vácuo e é a este nível que os neutrinos são. As partículas não são visíveis, mas eles são detectáveis, no entanto, se se aplicar energia suficiente, da ordem de giga elétron-volt (GeV). Energia e massa são duas faces de um mesmo fenômeno físico, de acordo com a famosa equação de Einstein (E = mc2), a massa pode ser convertida em energia e vice-versa. Devido a esta equivalência, massa e energia podem ser medidos com a mesma unidade. Na escala da física de partículas, há o elétron-volt (eV).
A radioactividade é um fenómeno natural que ocorre no núcleo, em as profundidades do átomo. Nucleons não são todos estáveis, eles se desintegram de um estado para outro estado de equilíbrio. A desintegração é a transformação da matéria em energia (E = mc2). Desintegrando-se, os núcleos emitem partículas de energias diferentes.
Existem três tipos de radioactividade:
- A desintegração alfa (α) emite partículas carregadas (2 neutrões e 2 protões), que respondem ao campo magnético. Estas partículas não passam por uma folha de papel.
- A desintegração gama (γ) emite uma partícula, um fóton não-visível que tem uma energia de 1 GeV, 1 milhão de vezes mais energética do que o fóton da luz visível. Estas partículas param-se na frente de uma placa de chumbo. Estes fotões gama têm carga electromagnética zero e, portanto, são insensíveis ao campo magnético.

- A desintegração beta (β), diz respeito os neutrinos. Isso vai acontecer durante a decomposição de um núcleo, como o cobalto 60 que irá transmutar em níquel 60 e durante essa transmutação, haverá emissão de um elétron e um neutrino ou antineutrino.
É a medida das energias desintegração beta em 1931, levou Wolfgang Pauli (1900 − 1958) a propor que a energia "faltante" foi levado por outra nova partícula, o neutrino. O nêutron ainda não é descoberto, ele será descoberto pelo físico britânico James Chadwick (1891 − 1974) em 1932.
A desintegração beta − é emissão de um elétron e um antineutrino que acompanha a transformação de um nêutron em um próton.
A desintegração beta + é a transformação de um próton em um nêutron, com uma emissão de pósitrons e um neutrino.
Esta é a força nuclear fraca, que é responsável pela desintegração de um nêutron em um próton ou um próton em um nêutron, sem alterar o número de núcleos. Para equilibrar a carga, um electrão ou um positrão é expelido a partir do núcleo. A emissão do elétron é acompanhada por um antineutrino electrónico enquanto que o pósitron é acompanhada por um neutrino do elétron.
Alguns emissores beta menos existem na natureza:
- trítio 3 (³H⁺) que se transforma em hélio 3 (³He²⁺)
- carbono 14 (¹⁴C) durante a absorção de nêutrons pelo nitrogênio 14 (¹⁴N) na estratosfera e camadas superiores da troposfera.
- potássio 40 (⁴⁰K) que se transforma em cálcio 40 (⁴⁰Ca).

Imagem : exemplo de desintegração beta para o isótopo radioativo cobalto 60 (60 Co). Um núcleo de cobalt 60, contém 33 nêutrons (cinza) e 27 prótons (vermelho), que tem um excesso de 6 nêutrons. Um nêutron vai se transformar em um próton. O núcleo de cobalt 60 se torna mais estável e é transformado em níquel 60 (60 + Ni) com 28 prótons (1 mais) e 32 nêutrons (1 menor), mas ainda 60 nucleons. Durante a desintegração, duas partículas são criadas, um elétron e um antineutrino eletrônico. Há duas variantes do emissão beta, a emissão beta (β⁻), como aqui com cobalto 60, que se transmuta em níquel 60 com a emissão de um elétron e emissão beta (β⁺), que emite um pósitron e um neutrino do elétron.